【快速充電】日本加快全固態(tài)電池研發(fā)
2017-5-26 11:06:10??????點(diǎn)擊：
固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車(chē)很理想的電池。
據(jù)日5月24日?qǐng)?bào)道，如果要提高搭載于移動(dòng)終端或汽車(chē)內(nèi)的鋰離子電池的性能，充電機(jī)充電起火的危險(xiǎn)也會(huì)隨之提高。原因是傳統(tǒng)的鋰離子電池使用了易燃的液體作為電解質(zhì)。為此，日本正在推進(jìn)將電解質(zhì)替換成不會(huì)燃燒的陶瓷材料等固體的“全固態(tài)蓄電池”的開(kāi)發(fā)。
“現(xiàn)在智能手機(jī)充電機(jī)充電充滿(mǎn)電需要1小時(shí)以上，但新型蓄電池力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)1秒內(nèi)滿(mǎn)充電”，東京工業(yè)大學(xué)教授一杉太郎說(shuō)出了這樣的豪言壯語(yǔ)。一杉教授正嘗試通過(guò)提高固體電解質(zhì)和電池正極間的性能，實(shí)現(xiàn)前所未有的瞬間充電機(jī)充電。
目前的電池充電機(jī)充電耗費(fèi)時(shí)間是因?yàn)檫@回使不同固體的氧化物之間接觸不良，電阻增強(qiáng)。一杉認(rèn)為“如果能將不同種的固體在原子層面上連接起來(lái)，就能降低電阻”。他基于這一想法正反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。
一杉使用了備受汽車(chē)廠商關(guān)注的“氧化鋰 鎳 錳”作為正極，而用磷酸鋰作為電解質(zhì)。通過(guò)應(yīng)用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)，在正極表面使電解質(zhì)形成薄膜，從而使固體電解質(zhì)和正極間的阻力降低到了液體電解質(zhì)與正極間的阻力的五分之一至十分之一。
東京工業(yè)大學(xué)正在與大型半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)共同開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)在一年后試生產(chǎn)可以實(shí)際使用的電池。下一個(gè)目標(biāo)是汽車(chē)。該大學(xué)將和大型汽車(chē)廠商聯(lián)合，將在薄膜上得到實(shí)證的低阻力應(yīng)用到塊狀電池上，力爭(zhēng)開(kāi)發(fā)出可以長(zhǎng)時(shí)間使用的電池。
日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)也在開(kāi)展使用氧化物電解質(zhì)的全固體蓄電池的開(kāi)發(fā)。總體負(fù)責(zé)相關(guān)項(xiàng)目的日本物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人高田和典謹(jǐn)慎地指出，“盡管薄膜的開(kāi)發(fā)勢(shì)頭很好，但要替換車(chē)用的塊狀電池還需要時(shí)間”。盡管如此，一杉教授還是自信地表示，“如果解決了薄膜上的問(wèn)題，塊狀也同樣適用”。
一方面，參加了日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的長(zhǎng)崎大學(xué)的準(zhǔn)教授山田博俊表示正在進(jìn)行提高電流密度、實(shí)現(xiàn)大容量化的研究。在電解質(zhì)中使用陶瓷材料“氧化鋰 鑭 鋯 鉈”，而在負(fù)極使用金屬鋰。
作為負(fù)極材料，金屬鋰的儲(chǔ)電量最優(yōu)。但是在反復(fù)的充放電中，金屬鋰中會(huì)生成一種叫做樹(shù)突的樹(shù)枝狀結(jié)晶，穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)正極，從而引起短路。
山田準(zhǔn)教授開(kāi)發(fā)了抑制樹(shù)突生成的新技術(shù)，并在3月于東京都八王子市召開(kāi)的學(xué)術(shù)界會(huì)議“電氣化學(xué)會(huì)”上發(fā)表了這一技術(shù)。
電解質(zhì)通過(guò)氧化物的粒子燃燒固化后制成，而樹(shù)突是燒結(jié)后在粒子間的縫隙中流通形成的。對(duì)此，山田準(zhǔn)教授等將直徑約2微米的氧化物粒子和低熔點(diǎn)的氫氧化鋰混合燒結(jié)，使得厚約0.5微米的氫氧化鋰覆蓋在粒子表面，擠滿(mǎn)間隙。通電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，與未覆蓋的粒子相比，短路之前的電流密度可以提高至3倍。
山田準(zhǔn)教授表示，“將力爭(zhēng)作為可通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)力和震動(dòng)充電機(jī)充電的傳感器用電源投入實(shí)際使用”。
全固態(tài)電池的商品化雖然才剛開(kāi)始，但安全和高性能使其具有巨大的吸引力。除汽車(chē)外，未來(lái)還有望被應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)(ioT)用傳感器，遠(yuǎn)程回收自然資源等。
未來(lái)展望
對(duì)高能量密度電池的火急需要以及對(duì)電池安全疑問(wèn)的重視，使得使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)電解液使用于鋰硫電池變成必定的發(fā)展趨勢(shì)。
理想的鋰硫電池固態(tài)電解質(zhì)需要滿(mǎn)意：
① 杰出的力學(xué)功能；
② 具有與液態(tài)電解液相當(dāng)?shù)匿囯x子電導(dǎo)率；
③ 與電極觸摸具有杰出的化學(xué)穩(wěn)定性和界面相容性；
④ 按捺多硫離子絡(luò)繹和超高的安全性等歸納功能。
可是一起處理這些疑問(wèn)具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，因?yàn)椴煌?lèi)型的固態(tài)電解質(zhì)資料各有好壞。全固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有杰出的安全性、成膜性和黏彈性，與電極具有杰出的界面觸摸和相容性，但室溫離子電導(dǎo)率低，力學(xué)功能差，因而在鋰硫電池中的使用研討還較少；凝膠聚合物電解質(zhì)因?yàn)榫哂休^高的離子電導(dǎo)率，且和硫電極的界面阻抗較小，在鋰硫電池中的研討現(xiàn)已取得了必定發(fā)展，具有杰出的使用遠(yuǎn)景；而陶瓷電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性強(qiáng)，可是電解質(zhì)/電極界面阻抗大，其離子電導(dǎo)率依然不能滿(mǎn)意鋰硫電池的使用需要，因而陶瓷電解質(zhì)在鋰硫電池中的研討較少；復(fù)合電解質(zhì)因?yàn)榧婢呔酆衔镫娊赓|(zhì)和無(wú)機(jī)電解質(zhì)的長(zhǎng)處，因而最有期望一起滿(mǎn)意各種功能，可是依然存在著很多的科學(xué)以及技能難題有待處理，對(duì)于有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合電解質(zhì)，無(wú)機(jī)填料和聚合物資料的微觀效果機(jī)理尚不清晰，如安在聚合物基體中均勻渙散無(wú)機(jī)顆粒也有待進(jìn)一步處理，規(guī)劃新的復(fù)合結(jié)構(gòu)并構(gòu)筑杰出的電極/電解質(zhì)界面是未來(lái)的研討熱門(mén)和要點(diǎn)。而原位組成是改善固態(tài)電解質(zhì)/電極界面疑問(wèn)、提高功能和簡(jiǎn)化技術(shù)的有效手法，為鋰硫電池規(guī)模化供給了更大的期望。為了更好地推進(jìn)高功能固態(tài)鋰電池發(fā)展，需要構(gòu)建一體化固態(tài)鋰硫電池，復(fù)合電解質(zhì)/界面潤(rùn)飾層/電極要構(gòu)成全體，而要點(diǎn)在于構(gòu)建緊密且安定的界面潤(rùn)飾層。因而，原位構(gòu)建電解質(zhì)/電極界面潤(rùn)飾層是進(jìn)一步提高鋰硫電池功能的重要辦法。別的，在改善固態(tài)鋰離子電池功能的一起更要透徹地剖析機(jī)理，然后推進(jìn)新型固態(tài)電解質(zhì)的研制，完成下一代高能量密度固態(tài)鋰硫電池的規(guī)模化制備和使用。
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